1. Kerja yang dilakukan oleh gaya yang konstan.
Gaya dan perpindahan merupakan 2 elemen dasar yang penting dalam kerja. seperti contoh kita mendorong sebuah kotak kayu, apakah kerja akan semakin besar jika kita mendorong kotak tersebut dengan gaya dorong yang sekuat-kuatnya atau kerja akan semakin besar jika mendorong kotak kayu tersebut sehingga kotak berpindah sejauh-jauhnya ?. Lihat gambar 1 berikut ini.
Gambar 1 ilustrasi orang yang sedang mendorong kotak kayu.
Kerja yang dilakukan pada saat kita mendorong kotak kayu seperti pada gambar 1 dapat dihitung dengan persamaan :
W = F . S ………………………………….. (1)
Dalam hal ini jika orang tersebut memberikan kayu yang sebesar-besarnya pada kotak namun kotak tersebut tidak bergerak ( S = 0 ), maka kerja yang dilakukan oleh orang tersebut tidak ada ( W = 0 ). Begitu juga sebaliknya, jika kotak berpindah tetapi tidak ada gaya yang bekerja padanya, maka kerja pada kotak juga tidak ada (W=0).
Jad kerja adalah perkalian antara gaya dengan perpindahan. Tabel berikut ini menunjukan satuan kerja untuk 3 sistem satuan yang banyak digunakan.
System Gaya X Perpindahan = Kerja
SI N m J
cgs dyn cm erg
BE lb ft lb.ft
Di dalam Fisika ide tentang kerja erat kaitannya dengan pergerakan atau perpindahan suatu benda. Jika suatu benda tidak berpindah, maka gaya yang beraksi pada benda dikatakan tidak melakukan kerja. Jadi sekuat apapun anda mendorong tembok bahkan hingga semua otot tangan mu letih dan pegal-pegal, selama tembok tidak bergerak maka kerja yang anda lakukan tidak ada ( W = 0 ).
Syarat berlakukanya untuk persamaan 1 adalah arah gaya dan arah perpindahan harus searah. Jika gaya yang menyebabkan benda berpindah tidak searah maka gaya tersebut harus diuraikan sehingga didapat gaya yang arahnya searah dengan perpindahan benda.
Gambar 2 Gaya tarik yang tidak searah perpindahan
Contoh 1
Balok seperti pada gambar 2 ditarik dengan gaya sebesar 45 N dengan sudut 50 derajat terhadap horizontal, hitunglah kerja yang dilakukan oleh gaya tersebut jika balok berpindah sejauh 75 m.
Jawab :
Diketahui : F = 45 N
teta = 50 derajat
S = 75 m
ditanya : W = …..J
Penyelesaian :
W = F.cos (teta) . S
W = 45 . cos 50 . 75 = 2170 Joule.
Pada contoh 1 dapat dilihat hanya gaya yang searah dengan perpindahan (F.cos (teta)) yang melakukan kerja. Gaya yang tegak lurus dengan perpindahan (F sin (teta)) tidak melakukan kerja.
Kerja dapat bernilai positif (+) atau Negatif (-) tergantung kepada komponen gaya yang bekerja pada benda tersebut searah atau berlawanan arah dengan perpindahan. Perhatikan contoh soal berikut ini.
Contoh 2
Sebuah barbell dengan berat 710 N diangkat setinggi 0,65 m oleh seorang atlit angkat berat secara bolak-balik (naik-turun). beban tersbeut diangkat naik – turun dengan kecepatan konstan. hitunglah kerja yang diberikan kepada barbell pada saat naik dan pada saat turun.
Jawab :
Untuk menghitung kerja yang dilakukan pada barbell, perlu diketahui terlebih dahulu gaya yang diperlukan untuk mengangkat dan menurunkan beban (barbell). Barbell dinaik turunkan dengan kecepatan konstan sehingga gaya yang diberikan ke beban harus sama dengan berat barbell.
Hukum Newton 2
Pada kesempatan ini saya akan memberikan beberapa contoh penguraian gaya yang berhubungan dengan hukum Newton 2. Rumus jangan dihafalkan, tetapi dipahami bagaimana suatu persamaan diturunkan dan diselesaikan dengan menggunakan kesetimbangan gaya – gaya dan hukum Newton 2. Dengan demikian soal yang berhubungan dengan kesetimbangan gaya dan hukum Newton 2 yang bagaimanapun bentuknya akan dengan mudah dapat diselesaikan.
Dalam pembahasan ini sengaja saya tidak menampilkan angka, tetapi hanya huruf saja, karena fisika itu adanya pada pemahaman bagaimana suatu persamaan diturunkan bukan menyelesaikan perhitungan, karena penyelesaian perhitungan itu matematikanya saja. (singkatnya pake kalkulator beres ). Pembahasan di mulai dengan soal yang paling mudah hingga bertahap menuju yg lebih sulit.
Kepada para pembaca, mohon dikoreksi bila ada kesalahan dalam penguraian, penurunan atau apa saja agar materi ini tidak menjadi suatu pelajaran yang salah bagi pembaca lain yang mempelajarinya. Ok, selamat mengikuti !
Contoh 1
Sebuah pegas mempunyai konstanta k dan sebuah benda dengan massa m digantungkan pada pegas tersebut, pegas tersebut diregangkan sebesar ∆x, hitunglah percepatan pegas pada saat dilepaskan pada regangan ∆x!
Gambar diagram benda bebas :
Gambar 1 diagram benda bebas untuk pegas dan massa m
Jumlah gaya-gaya yang bekerja searah sumbu X tidak ada, sedangkan jumlah gaya-gaya yang bekerja searah sumbu Y adalah :
Contoh 2
Gambar 2 balok pada papan luncur yang licin
Perhatikan gambar 2, sebuah balok dengan massa m berada pada papan luncur yang licin. Uraikan gaya – gaya pada balok dan berapa besar percepatan balok ?
Gambar 3 gaya-gaya yang bekerja pada balok dan arah percepatan balok
Jumlah gaya-gaya yang bekerja searah sumbuh Y adalah :
N disebut gaya normal atau biasa ada yang menulis dalam notasi FN
W adalah gaya berat benda yang besarnya massa dikalid engan gravitasi bumi.
Jumlah gaya-gaya yang bekerja searah sumbuh X adalah :
Contoh 3
Sama seperti pada soal no 2 hanya saja pada papan luncur terdapat gesekan yang menghambat balok untuk bergerak. Hitunglah besar gaya (F) minimum untuk memulai balok bergerak bila koefisien gesek statis di ketahui sebesar μs.
diagram benda bebas :
Gambar 4 diagram benda bebas untuk balok dengan gaya gesek pada papan luncur
Jumlah gaya-gaya searah sumbu Y adalah:
Jumlah gaya-gaya searah sumbu X adalah :
Jadi besarnya gaya minimum untuk menggerak balok adalah sebesar koefisien gesek statis dikali dengan gaya normal balok.
Gaya gesek ada 2 yaitu gaya gesek statis yang besarnya koefisien gesek statis ( μs )dikali dengan gaya normal ( N )dan gaya gesek kinetik (μk) yang besarnya koefisien gesek kinetik dikali gaya normal ( N ). Gaya gesek kinetik bekerja pada benda yang bergerak sedangkan gaya gesek statis bekerja pada benda yang diam. Koefisien gesek statis lebih besar dari pada koefisien gesek kinetik.
Contoh 4
Sama seperti soal pada no 2, tetapi balok bergerak dan papan luncur memiliki koefisien gesek kinetik (μk), carilah percepatan balok
diagram benda bebas adalah :
Gambar 5 diagram benda bebas untuk soal no 4
Jumlah gaya – gaya yang searah dengan sumbu Y adalah :
Jumlah gaya – gaya yang searah dengan sumbu X adalah :
Contoh 5
Carilah percepatan pada balok yang ditarik dengan gaya F yang membentuk sudut terhadap garis horizontal sebesar α seperti pada gambar berikut ini.
Gambar 6 balok yang ditarik pada papan luncur dengan sudut alfa dan gaya gesek fk
Diagram benda bebas adalah :
Gambar 7 diagram benda bebas untuk soal no 5
jumlah gaya-gaya yang searah sumbu Y adalah :
jumlah gaya-gaya yang searah sumbu X adalah :
N di subtitusi dari hasil penguraian gaya-gaya pada sumbu Y.
Contoh 6.
Carilah percepatan balok bermassa m yang meluncur menuruni suatu permukaan bidang miring yang licin dengan sudut θ terhadap bidang horizontal. (lihat gambar berikut ini)
Gambar 8 balok pada bidang miring yang licin
Diagram benda bebas untuk soal no 6 adalah :
Gambar 9 diagram benda bebas untuk soal no 6
jumlah gaya-gaya yang searah sumbu Y:
jumlah gaya-gaya yang searah sumbu X adalah :
Jadi untuk bidang miring tanpa gesekan, maka percepatan suatu benda yang meluncur di atasnya hanya di tentukan oleh gravitasi bumi dan sudut kemiringan bidang miring. Bila sudut sama dengan 90 derajat, maka sama saja benda bergerak jatuh bebas, atau a = g.
Contoh 7.
Sebuah balok berapa pada bidang miring dengan sudut θ terhadap bidang horizontal. Bidang miring memiliki koefisien gesek statis sebesar ( μs ), Hitung berapa besar gaya minimum untuk menahan balok agar tidak bergerak pada bidang miring !.
Gambar 10 balok pada bidang miring dengan gesekan
Jawab :
Diagram benda bebas :
Gambar 11 diagram benda bebas untuk soal no 7
jumlah gaya-gaya yang searah sumbu Y adalah:
jumlah gaya-gaya yang searah sumbu X adalah :
Contoh 8.
Sebuah balok berapa pada bidang miring dengan sudut θ terhadap bidang horizontal. Bidang miring memiliki koefisien gesek kinetik sebesar ( μk ), Balok ditahan dengan sebuah gaya dari bawah yang arahnya searah bidang datar (lihat gambar) hitunglah berapa percepatan balok.
Gambar 12 gambar untuk soal no 8
jawab
diagarm benda bebas untuk soal no 8:
Gambar 13 diagram benda bebas untuk soal no 8
jumlah gaya-gaya yang searah dengan sumbu Y adalah :
jumlah gaya-gaya yang searah dengan sumbu X adalah :
Contoh 9.
Sebuah bola bertali yang massanya m digantungkan pada tali yang panjangnya L dan bergerak dengan kelajuan konstan v dalam lingkaran horizontal berjari-jari r. tali membentuk sudut θ yang diberikan oleh θ = r/L , seperti ditunjukkan pada gambar 14. carilah tegangan dalam tali dan kelajuan bola.
Gambar 14 gerak bola yang digantung dengan tali
Jawab:
diagram benda bebas untuk soal no 9 adalah :
Gambar 15 diagram benda bebas untuk soal no 9
jumlah gaya – gaya yang searah dengan sumbu Y adalah :
jumlah gaya – gaya yang searah dengan sumbu X adalah :
Maka tegangan tali dapat dengan mudah dihitung bila sudut θ diketahui.
kelajuan bola dapat dihitung sebagai berikut :
Contoh 10
Seember air diputar dalam lingkaran vertikal berjari-jari r. Jika kelajuannya adalah vt di puncak lingkaran, carilah gaya yang dikerjakan pada air oleh ember di puncak lingkaran. carilah juga nilai minimum vt agar air tetap di dalam ember.
Gambar 16, sebuah ember berisi air yang diputar dalam lingkaran vertikal
Jawab :
Diagram benda bebas untuk soal ini adalah :
Gambar 17 diagram benda bebas untuk soal no 10
Jumlah gaya-gaya yang searah dengan sumbu Y adalah :
Contoh 11
Seorang berdiri di atas timbangan yang diletakan di dalam sebuah elevator, seperti digambarkan pada gambar 18. Berapakah skala yang terbaca pada timbangan jika elevator dipercepat ke atas dan dipercepat ke bawah?
Gambar 18 orang yang berdiri di atas timbangan di dalam elevator
Jawab:
diagram benda bebas untuk soal no 11 adalah :
Gambar 19 diagram benda bebas
Jumlah gaya-gaya yang searah dengan sumbu Y adalah :
Pada saat elevator bergerak naik :
Pada saat elevator bergerak turun :
Gaya-gaya Di Alam
Gaya-gaya yang bekerja di alam dapat digolongkan menjadi 4 golongan besar yaitu :
1. Gaya Gravitasi
2. Gaya Elektromagnetik
3. Gaya Nuklir kuat (gaya hadronik)
4. Gaya Nuklir lemah
Gaya Gravitasi
Gaya gravitasi antara bumi dengan benda-benda yang ada dipermukaan atau dekat permukaan bumi adalah berat benda. Gaya gravitasi yang dikerjakan oleh matahari terhadap bumi dan planet-planet lain bertanggung jawab untuk mempertahankan planet-planet agar tetap pada orbitnya mengelilingi matahari. Demikian juga gaya gravitasi bumi terhadap bulan juga menjaga bulan dalam orbitnya yang berbentuk hampir mendekati lingkaran mengelilingi bumi. Gaya gravitasi yang dilakukan oleh bulan dan bumi terhadap air laut dipemukaan bumi bertanggung jawab terhadap timbulnya pasang surut dan pasang naik air laut di permukaan bumi.
Gaya Elektromagnetik
Gaya elektromagnetik meliputi gaya listrik dan gaya magnet. Apabila kita menggosokan sebuah penggaris plastik ke rambut, maka penggaris akan bermuatan listrik statis sehingga penggaris dapat menarik potongan kertas kecil yang ada di dekatnya. Walaupun gaya magnet yang dapat menarik logam besi berbeda dengan gaya listrik, gaya magnetik muncul bila muatan listrik dalam keadaaan bergerak. Gaya elektromagnetik antara partikel elementer yang bermuatan sangat lebih besar dari pada gaya gravitasi di antara partikel elementer sehingga dapat hampir selalu diabaikan. Sebagai contoh, gaya tolak elektrostatik antara 2 buah proton berorde 10^36 kali tarikan gravitasi antara 2 proton.
Gaya Nuklir Kuat (Gaya Hadronik)
Gaya nuklir kuat terjadi antara partikel-partikel elementer yang dinamakan hadron, yang di dalamnya termasuk proton dan neutron, unsur pokok inti atom. Gaya ini bertanggung jawab untuk mengikat inti menjadi satu. Sebagai contoh, kedua proton dalam atom helium terikat lewat gaya nuklir yang kuat, yang lebih dari mengimbangi tolakan elektrostatis proton. Namun gaya nuklir kuat mempunyai jangkauan yang sangat pendek. Gaya ini berkurang dengan cepat bersamaan dengan pemisahan partikel-partikel, dan dapat diabaikan jika partikel terpisah sejauh beberapa diameter nuklir.
Gaya Nuklir lemah
Gaya nuklir lemah , yang juga mempunyai jangkauan yang pendek, terjadi antara elektron dengan proton atau neutron. Gaya ini bertanggung jawab untuk jenis peluruhan radioaktif tertentu yang dinamakan peluruhan beta.
Gaya-gaya dasar bekerja di antara partikel-partikel yang terpisah dalam ruang. Konsep ini dihubungkan dengan aksi pada suatu jarak. Newton menganggap, aksi pada suatu jarak sebagai suatu cacat dalam teori gravitasinya (teori gravitasi Newton akan kita bahas kemudian), tetapi ini menolak untuk memberikan hipotesis yang lainnnya.
Aksi dalam suatu jarak dapat kita pahami dalam konsep medan. Sebagai contoh kita dapat menganggap tarikan bumi oleh matahari dalam 2 langkah. Matahari menciptakan suatu kondisi dalam ruang yang kita namakan medan gravitasi. Medan ini menghasilkan gaya pada bumi. Jadi, medan ini adalah perantara. Dengan cara yang sama, bumi menghasilkan medan gravitasi yang mengerjakan sebuah gaya pada matahari. Jika bumi bergerak ke suatu posisi yang baru, medan bumi berubah. Perubahan ini tidak dirambatkan langsung lewat ruang, tetapi dengan kelajuan c = 300.000.000 m/s, yang juga adalah laju kecepatan cahaya. Jika kita dapat mengabaikan waktu yang dibutuhkan untuk perambatan medan ini, kita dapat mengabaikan perantara ini dan memperlakukan gaya-gaya gravitasi seakan-akan mereka dikerjakan oleh matahari dan bumi langsung satu terhadap yang lainnya. Sebagai contoh selama 8 menit yang dibutuhkan untuk perambatan medan gravitasi dari bumi ke matahari, bumi bergerak hanya melewati sebagaian kecil dari total orbitnya mengelilingi matahari.
Gaya Kontak.
Kebanyakan dari gaya sehari-hari yang kita amati pada benda-benda makroskospis adalah gaya kontak yang dikerjakan pegas, tali dan permukaan yang kontak langsung dengan benda. Gaya – gaya adalah hasil gaya molekuler yang dilakukan oleh molekul-molekul sebuah benda pada molekul benda yang lain. Gaya molekuler ini sendiri adalah perwujudan yang rumit dari gaya elektromagnetik dasar.
Gaya dikerjakan oleh sebuah pegas ketika di diregangkan atau ditekan adalah hasil dari gaya intermolekuler yang rumit yang ada di dalam material penyusun pegas. Jika pegas ditekan atau diregangkan kemudian dilepaskan, pegas akan kembali ke panjang awal, jika perpindahan tidak melampaui batas regangan pegas. Ada suatu batas untuk suatu pegas, jika pegas ditekan atau diregangkan melewati batas ini maka pegas tidak akan kembali ke posisi awalnya. Batas ini biasanya disebut daerah elastis pegas. Dalam daerah elastis pegas ini berlaku hukumk Hooke yang menyatakan gaya yang dikerjakan pada sebuah pegas sebanding dengan ∆x dan dalam arah yang berlawanan atau secara matematis dapat di tulis :
k adalah konstanta pegas (N/m) . Gaya yang timbul pada pegas yang ditekan atau diregangkan disebut gaya pemulihan karena gaya ini cendrung untuk memulihkan pegas ke konfigurasi awalnya.
Gaya yang dikerjakan oleh pegas serupa dengan gaya yang dikerjakan oleh satu atom pada atom lain dalams sebuah molekul atau zat padat dalam arti bahwa untuk perpindahan yang kecil dari kesetimbangan, gaya pemulih sebanding dengan perpindahan. Seringkali berguna untuk menvisualisasikan atom-atom dalam sebuah molekul atau zat padat seperti atom-atom yang dihubungkan oleh pegas seperti pada gambar berikut ini.
Gambar 1 model zat padat yang terdiri dari atom-atom yang dihubungkan dengan menggunakan pegas, sumber :http://labman.phys.utk.edu/phys136/modules/m2/temperature.htm
Jika kita menarik sebuah tali yang fleksibel, tali meregang sedikit dan menarik kembali dengan gaya yang sama tetapi berlawanan (kecuali tali putus). Kita dapat membayangkan tali sebagai pegas dengan konstanta gaya yang demikian besarnya hingga perpanjangan tali diabaikan. Namun, karena tali fleksibel, kita tidak dapat mengerjakan gaya tekan padanya. Jika kita mendorong sebuah tali, tali hampir tidak melentur atau melengkung.
Jika dua benda saling bersinggungan, benda-benda tersebut mengerjakan gaya satu terhadap yang lain sehubungan dengan interaksi molekul sebuah benda dengan molekul benda lain. Perhatikan sebuah balok yang diam di atas meja horizontal. Berat balok akan menarik balok ke bawah, menekannya pada meja. Karena molekul-molekul dalam meja mempunyai resistensi kompresi yang besar, maje mengerjakan gaya ke atas pada balok dengan gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah. Gaya ini tegak lurus pada bidang tekan dan disebut dengan gaya normal (normal artinya tegak lurus). Jika kita ukur secara teliti, maka permukaan meja yang tertekan akan melengkung sedikit sebagai tanggapan atas suatu beban, tetapi oleh mata telanjang, lengkungan ini tidak terlihat.
Dalam keadaan tertentu, benda-benda yang bersinggungan akan mengerjakan gaya satu terhadap yang lain yang sejajar dengan permukaan yang bersinggungan. Komponen sejajar dengan gaya kontak yang dikerjakan oleh 2 benda yang bersinggungan dinamakan gaya gesekan.
Gambar 3 gaya berat dan gaya normal, kedua gaya ini bukanlah pasangan aksi dan reaksi.
Gambar 4 gaya gesekan kinematik berlawanan dengan arah gerak benda
Sumber : Tulisan ini sebagaian besar diambil dari buku Fisika untuk sains dan teknik karangan Tipler, terbitan Erlangga (terjemahan)
Hukum Newton Tentang Gerak
Percepatan akan timbul jika suatu benda kita dorong atau kita tarik dengan suatu gaya. Pada kesempatan ini kita akan mempelajari Hukum Newton tentang gerak. Ada tiga Hukum Newton tentang gerak. Hukum Newton 1 erat hubungannya dengan pernyataan Galileo (1564 – 1642) tentang inersia. Galileo menyatakan bila pengaruh luar dari suatu benda benar-benar dihilangkan, maka suatu benda akan tetap diam bila pada mulanya diam, dan akan tetap bergerak dengan kecepatan konstan bila pada mulanya bergerak dengan kecepatan konstan.
1. Hukum pertama Newton tentang gerak
Hukum pertama Newton berbunyi : hukum 1 : Setiap benda akan mempertahankan keadaan diam atau bergerak lurus beraturan, kecuali ada gaya yang bekerja untuk mengubahnya. (dalam bahasa aslinya : ”lex 1 : Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus a viribus impressis cogitur statum illum mutare” (sumber : http://id.wikipedia.org/wiki/Hukum_gerak_Newton)).
Jika resultan gaya-gaya yang bekerja pada suatu benda sama dengan 0, maka suatu benda yang diam akan tetap diam atau benda yang bergerak dengan kecepatan konstan akan tetap bergerak dengan kecepatan konstan atau secara matematis dapat ditulis:
Artinya benda akan bergerak dengan suatu percepatan jika jumlah gaya – gaya yang bekerja pada benda tersebut tidak sama dengan nol. Bila suatu benda sedang bergerak dengan suatu kecepatan konstan, maka benda tersebut akan tetap bergerak walaupun tidak ada gaya yang bekerja pada benda tersebut, namun jika pada suatu benda yang bergerak dengan kecepatan konstan diberikan suatu gaya sehingga resulta gaya-gaya yang bekerja tidak sama dengan nol, maka benda tersebut akan mengalami percepatan atau perlambatan. Kondisi ini sulit diwujudkan pada kondisi normal di ruang terbuka, karena udara dan media luncur akan selalu memberikan gesekan (gaya) yang menyebabkan suatu benda akan berhenti bergerak (mengalami perlambatan) namun pada kondisi ruang hampa dan bebas gravitasi seperti di angkasa luar, kondisi ini sangat mudah terwujud. Contoh seperti meteor yg bergerak bebas jauh dari pengaruh gravitasi benda-benda langit yang lainnya.
Sebuah satelit yang telah diluncurkan akan terus mengorbit bumi dengan kelajuan konstan, tetapi kecepatan selalu berubah arah dengan besar yang tetap. Resultan gaya-gaya yang bekerja pada satelit tersebut tidak sama dengan 0, karena ada gaya sentripetal yang bekerja pada satelit sehingga satelit mengalami percepatan sentripetal. Dan bila satelit tersebut hendak dipindahkan posisinya, maka sebuah vektoring roket akan dihidupkan secara implus ( memberikan gaya dorong sesaat) sehingga satelit akan mengalami percepatan atau perlambatan yang mengubah arah dan besar kecepatannya. Dalam hal ini satelit tidak melakukan GLB. Ini sering di salah artikan seolah-olah resultan gaya pada satelit adalah nol.
Gambar 1 sebuah satelit yang sedang melakukan manuver menggunakan roket vektor untuk memberikan gaya implus selama beberapa detik sehingga mengubah arah dan besar kecepatan satelit (sumber :http://www.voughtaircraft.com/heritage/products/html/asat.html
2. Hukum kedua Newton tentang gerak
Perhatikan gambar 2 berikut ini.
Gambar 2 gaya pegas, massa dan percepatan
Pada gambar 2 terdapat sebuah pegas yang dipasang secara horizontal dengan sebuah beban pada sebuah bidang yang tidak ada gesekannya sehingga sistem ini dapat bergerak tanpa gesekan. Pada kondisi pertama (b) terdapat massa m2pada pegas kemudian pegas diregangkan sejauh X, dan dilepas, maka benda m2akan mengalami percepatan sebesar a2. Kemudian pada kondisi kedua sebuah massa m1 dipasang mengantikan massa m2 dimana m1 > m2 , kemudian diregangkan sejauh X sama dengan kondisi pertama dan dilepaskan, maka benda m1 juga akan mengalami percepatan sebesar a1 ternyata setelah kita ukur, didapat:
F adalah gaya tarik pegas yang besarnya konstanta pegas dikalikan dengan regangan X.
Hukum kedua Newton menyatakan gaya yang bekerja pada sebuah benda sama dengan perubahan momentum linier (p) terhadap waktu (t) atau dapat ditulis :
Persamaan (1) di atas dapat diselesaikan menjadi :
Untuk kasus kecepatan benda yang jauh lebih kecil dari kecepatan cahaya maka dm/dt dapat diabaikan sehingga persamaan (2) dapat disederhanakan menjadi :
F adalah gaya yang bekerja pada suatu benda, m adalah massa benda dan a adalah percepatan pada pusat massa benda. Untuk kasus dengan banyak gaya yang bekerja pada benda, maka F adalah resultan dari gaya-gaya yang bekerja pada benda tersebut.
Hukum kedua Newton dalam bahasa aslinya (latin) berbunyi:
“Lex II: Mutationem motus proportionalem esse vi motrici impressae, et fieri secundum lineam rectam qua vis illa imprimitur.” (sumber :http://id.wikipedia.org/wiki/Hukum_gerak_Newton)
Diterjemahkan dengan cukup tepat oleh Motte pada tahun 1729 menjadi:
“Law II: The alteration of motion is ever proportional to the motive force impress’d; and is made in the direction of the right line in which that force is impress’d.”
Yang dalam Bahasa Indonesia berarti:
“Hukum Kedua: Perubahan dari gerak selalu berbanding lurus terhadap gaya yang dihasilkan / bekerja, dan memiliki arah yang sama dengan garis normal dari titik singgung gaya dan benda.”
3. Hukum ke tiga Newton tentang gerak
Bunyi asli hukum ke tiga Newton adalah :
“Lex III: Actioni contrariam semper et æqualem esse reactionem: sive corporum duorum actiones in se mutuo semper esse æquales et in partes contrarias dirigi”
(sumber : http://id.wikipedia.org/wiki/Hukum_gerak_Newton) )
Dapat diartikan : “untuk setiap aksi selalu ada reaksi yang sama besarnya tetapi berlawanan arah, atau gaya dari dua benda pada satu sama lainnya selalu sama besar dan berlawanan arah”
Hukum ke 3 Newton ini dikenal dengan hukum aksi dan reaksi yang secara matematis dapat ditulis :
Jika kita menarik sebuah tali yang terkait pada sebuah tembok, maka tembok juga akan menarik kita dengan gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah dengan gaya tarik yang kita berikan, seperti pada gambar dibawah ini.
Gambar 3 ilustrasi hukum Newton 3 (sumber :http://www.mwit.ac.th/~physicslab/applet_04/physics_classroom/Class/newtlaws/u2l4a.html)
Namun ada beberapa kasus yang tidak termasuk gaya aksi dan reaksi seperti halnya gaya normal dengan gaya berat. Dalam sebuah sistem (lihat gambar 4 ) terlihat 2 buah gaya ini besarnya sama dan berlawanan arah, tetapi 2 gaya ini bukan pasangan gaya aksi dan reaksi. Gaya berat merupakan reaksi (timbul) akibat adanya gaya tarik bumi. Sehingga gaya berat merupakan pasangan dari gaya tarik benda terhadap bumi. Sedangkan gaya normal merupakan reaksi (timbul) karena adanya gaya tekan benda terhadap permukaan meja.
Gambar 4 gaya berat dan gaya normal
Syarat gaya aksi dan reaksi adalah :
- Sama besar
- Berlawanan arah
- Bekerja pada satu garis gaya
- Bekerja pada 2 benda yang berbeda
Dalam kehidupan sehari-hari hukum Newton cukup mumpuni untuk digunakan menyelesaikan beberapa kasus fisika, namun untuk kasus-kasus yang melibatkan kecepatan yang tinggi (mendekati kecepatan cahaya), kasus-kasus dalam skala ukuran yang sangat kecil seperti atom dan turunannya atau medan gravitasi yang sangat kuat, hukum Newton tidak dapat lagi digunakan. Penjelasan untuk kondisi ini membutuhkan pendekatan fisika yang lebih komplek seperti teori medan kuantum dan teori relativitas umum.
Jika ada salah mohon dikoreksi, untuk kebaikan bersama, terima kasih.